Aula 05 - Professor Diovani

Arquitetura e organização de
computadores
Memórias
Aula 05
Prof. Diovani Milhorim
Memórias
TECNOLOGIAS
As primeiras tecnologias utilizadas em
memórias foram as memórias de núcleos
magnéticos.
As memórias modernas são compostas
por circuitos semicondutores,
Memórias
 HIERARQUIA DE MEMÓRIA




A MP não é o único dispositivo de armazenamento de
um computador. Em função de características como
tempo de acesso, capacidade de armazenamento,
custo, etc., podemos estabelecer uma hierarquia de
dispositivos de armazenamento em computadores.
Registradores
Memória cache
Memória principal
Memória auxiliar.
Memórias
HIERARQUIA DE MEMÓRIA
Memórias
HIERARQUIA DE MEMÓRIA
REGISTRADORES
Registradores
são
dispositivos
de
armazenamento temporário, localizados
na UCP, extremamente rápidos, com
capacidade para apenas um dado (uma
palavra).
Memórias
 HIERARQUIA DE MEMÓRIA
 REGISTRADORES
Devido a sua tecnologia de construção e por estar
localizado como parte da própria pastilha ("chip") da
UCP, é muito caro. O conceito de registrador surgiu da
necessidade da UCP de armazenar temporariamente
dados intermediários durante um processamento.
Registradores são VOLÁTEIS, isto é, dependem de
estar energizados para manter armazenado seu
conteúdo.
Memórias
 HIERARQUIA DE MEMÓRIA
 MEMÓRIA CACHE
Com o desenvolvimento da tecnologia de construção da
UCP, as velocidades foram ficando muito mais altas que
as das memórias, que não tiveram a mesma evolução
de velocidade .
Desta forma, os tempos de acesso às memórias foram
ficando insatisfatórios e a UCP ao buscar um dado na
memória precisa ficar esperando muitos ciclos até que a
memória retorne o dado buscado ("wait states"),.
Memórias
 HIERARQUIA DE MEMÓRIA
 MEMÓRIA CACHE
Por esse motivo, desenvolveram-se outras arquiteturas
de memória privilegiando a velocidade de acesso.
A arquitetura da memória cache é muito diferente da
arquitetura da memória principal e o acesso a ela é
muitas vezes mais rápido (p.ex: 5 ns contra 70 ns).
Memórias
 HIERARQUIA DE MEMÓRIA
 MEMÓRIA CACHE
O custo de fabricação da memória cache é muito maior
que o da MP. Desta forma, não é econômico construir
um computador somente com tecnologia de
memória cache.
Criou-se então um artifício, incorporando-se ao
computador uma pequena porção de memória cache,
localizada entre a UCP e a MP, e que funciona como um
espelho de parte da MP.
Memórias
 HIERARQUIA DE MEMÓRIA
 MEMÓRIA CACHE
Desenvolveram-se ainda algoritmos que fazem
com
que,
a
cada
momento,
a
memória cache armazene a porção de código
ou dados (por exemplo, uma sub-rotina) que
estão sendo usados pelas UCP. Esta
transferência (MP <--> Cache) é feita
pelo hardware: ela independe do software, que
ignora se existe ou não memória cache.
Memórias
 HIERARQUIA DE MEMÓRIA
 MEMÓRIA CACHE
A memória cache opera em função de um princípio
estatístico comprovado: em geral, os programas tendem
a referenciar várias vezes pequenos trechos de
programas, como loops, sub-rotinas, funções e só tem
sentido porque programas executados linearmente,
seqüencialmente, são raros.
Desta forma, algoritmos (chamados algoritmos de
cache) podem controlar qual parte do código ficará
copiado
na
cache,
a
cada
momento.
Memórias
 HIERARQUIA DE MEMÓRIA
 MEMÓRIA CACHE
Quando a MP busca um determinado trecho de código e
o encontra na cache, dá-se um "cache hit" , enquanto se
o dado não estiver presente na cache será necessário
requisitar o mesmo à MP, acarretando atraso no
processamento e dá-se um "cache miss" ou "cache
fault". O índice de cache hit ou taxa de acerto
da
cache
é
geralmente
acima
de
90%.
Memórias cache também são VOLÁTEIS, isto é,
dependem de estar energizadas para manter gravado
seu conteúdo.
Memórias
 HIERARQUIA DE MEMÓRIA
 MEMÓRIAS AUXILIARES
Memórias
auxiliares
resolvem
problemas
de
armazenamento
de
grandes
quantidades
de
informações. A capacidade da MP é limitada pelo seu
relativamente alto custo, enquanto as memórias
auxiliares tem maior capacidade e menor custo;
portanto, o custo por bit armazenado é muito menor.
Outra vantagem importante é que as memórias
auxiliares não são VOLÁTEIS, isto é, não dependem de
estar energizadas para manter gravado seu conteúdo.
Memórias
 HIERARQUIA DE MEMÓRIA
 MEMÓRIAS AUXILIARES
Os principais dispositivos de memória auxiliar
são: discos rígidos (ou HD), drives de disquete,
unidades de fita, CD-ROM, DVD, unidades
ótico-magnéticas,etc.
Memórias
 HIERARQUIA DE MEMÓRIA
 Memória Principal
 Memória Principal é a parte do computador onde
programas
e
dados
são
armazenados
para
processamento.
 A informação permanece na memória principal apenas
enquanto for necessário para seu emprego pela UCP,
sendo então a área de MP ocupada pela informação
pode ser liberada para ser posteriormente sobregravada
por outra informação.
 Quem controla a utilização da memória principal é o
Sistema Operacional.
Memórias
 HIERARQUIA DE MEMÓRIA
 ESTRUTURA DA MEMÓRIA PRINCIPAL
CÉLULAS E ENDEREÇOS
 Célula : A memória principal é organizada em células.
Célula é a menor unidade da memória que pode ser
endereçada.
 As memórias são compostas de um determinado
número de células ou posições. Cada célula é composta
de um determinado número de bits. Todas as células de
um dado computador tem o mesmo tamanho, isto é,
todas as células daquele computador terão o mesmo
número de bits.
Memórias
 HIERARQUIA DE MEMÓRIA
 ESTRUTURA DA MEMÓRIA PRINCIPAL
CÉLULAS E ENDEREÇOS
 Cada célula é identificada por um endereço único, pela
qual é referenciada pelo sistema e pelos programas. As
células são numeradas seqüencialmente, uma a uma,
de 0 a (N-1), chamado o endereço da célula.
 Endereço é o localizador da célula, que permite
identificar univocamente uma célula. Assim, cada célula
pode ser identificada pelo seu endereço.
Memórias
HIERARQUIA DE MEMÓRIA
 ESTRUTURA DA MEMÓRIA PRINCIPAL
CÉLULAS E ENDEREÇOS
Memórias
 HIERARQUIA DE MEMÓRIA
 ESTRUTURA DA MEMÓRIA PRINCIPAL
CÉLULAS E ENDEREÇOS
Unidade de transferência é a quantidade de bits
que é transferida da (ou para ) memória em
uma única operação. O tamanho da célula
poderia ser igual ao da palavra, e também à
unidade de transferência, porém por razões
técnicas e de custo, são freqüentemente
diferentes.
Memórias
 HIERARQUIA DE MEMÓRIA
 ESTRUTURA DA MEMÓRIA PRINCIPAL
CÉLULAS E ENDEREÇOS
Número de bits para representar um endereço
Sendo:
x = nº de bits para representar um endereço
N = número de endereços.
N = 2x logo:
x = log2 N
Memórias
 HIERARQUIA DE MEMÓRIA
 ESTRUTURA DA MEMÓRIA PRINCIPAL
CÉLULAS E ENDEREÇOS
A capacidade da MP em bits é igual ao produto do nº de
células pelo total de bits por célula.
T = capacidade da memória em bits
N = nº de endereços
M = nº de bits de cada célula
T=NxM
Memórias
 Exercícios
1) Numa MP com 1kbyte de capacidade, onde cada célula
tem 8 bits:
a) quantas células tem a MP?
b) quantos bits são necessários para representar um
endereço de memória?
2) Um computador endereça 1k células de 16 bits cada
uma. Pede-se:
a) sua capacidade de memória;
b) o maior endereço que o computador pode endereçar;
3) A memória de um computador tem capacidade de
armazenar 216 bits e possui um barramento de dados
de 16 bits. Pede-se:
a) o tamanho da célula de memória.
Memórias
Exercícios
4) Calcular e completar os campos: